Nature：新发现的“惊奇微生物”解释真核细胞复杂性的起源

　　

生物通报道：本周，瑞典乌普萨拉大学的一个国际研究小组在《Nature》杂志上发表的一项新研究中，提出了一组新发现的微生物，为“复杂的细胞生命是如何出现的”提供了新的视角。这项研究对于“数十亿年前，构成植物、真菌以及动物和人类的复杂细胞类型，是如何从更简单的微生物祖先逐渐演化的”提供了新的细节。延伸阅读：两篇PNAS挑战生命起源理论；Nature解开科学谜题：生命起源的缺失环节；惊人发现：生命起源于热液环境。

我们星球上的生命可以分为三大类。其中两组是微小的微生物——细菌和古细菌。第三组生物包括所有可见的生命，如人类、动物和真菌——统称为真核生物。而细菌和古细菌的细胞一般都是小而简单，真核细胞则是大型和复杂的细胞类型。这些复杂的细胞类型的起源一直是科学界的一个谜，但现在由乌普萨拉大学研究人员带领的一个国际小组，已经确定了一组微生物群，对于“从简单到复杂细胞的进化过渡”提供了独特的见解。

根据著名生物学家Carl Woese的开创性工作，人们已经知道，在某些时候真核生物与古细菌有一个共同的祖先。很明显，共生——涉及两种类型细胞之间的亲密合作的一个过程，在这个过程中发挥了重要作用。大多数科学家都认为，一种共生关系——其中是古细菌宿主细胞与一种细菌，最终形成了真核生物。然而，这种共生关系是复杂细胞进化的原因？还是结果？仍然是一个悬而未决的问题。

在《Nature》发表的这项研究中，来自瑞典乌普萨拉大学的研究人员，以及来自美国、日本、丹麦和新西兰的合作者，发现了一组新的古菌——Asgard archaea，揭示了“真核细胞如何演变出它们的复杂性”的重要细节。

该小组带头人、乌普萨拉大学细胞和分子生物学系的Thijs Ettema指出：“复杂细胞类型的演变，是一个漫长而复杂的过程，但我们却对其知之甚少。通过使用新的方法，从无法在实验室里培养的微生物得到基因组数据，我们确定了一组新的古细菌，与演化出真核细胞的宿主细胞相关。这是非常激动人心的时刻。”

2015年，Thijs Ettema和他的同事们发表了一项突破性的研究，这项研究根据基因组数据描述了“Loki”，一种生活在海底的古菌，代表着复杂细胞生命最近缘的微生物。在目前的研究中，研究人员证实了这些以前的研究结果，并介绍了几个新的Loki相关的古菌。

Thijs Ettema说：“这些生物是跟我们关系最近的微生物，我们对它们一无所知。目前的方法让我们窥见了遗传学的一角。这真的很令人兴奋！”。

论文的共同作者、乌普萨拉大学细胞与分子生物学系的Jimmy Saw说：“我们的发现是基于对从环境中直接获得的遗传物质的分析。我们实际上从未见过这些细胞。我们将这些新的古菌命名为Thor、Odin和Heimdall，与Loki一起，它们形成了Asgard archaea。有趣的是，这些新的群体是在全世界各种环境中发现的，不仅仅是在深海里。到目前为止，它们在沉积物中最为丰富。”

该研究提供了有力的证据表明，真核生物是从与这些Asgard archaea近缘的一个谱系进化而来的。

另一个共同第一作者Kasia Zaremba Niedzwiedzka说：“在生命之树上，Asgard archaea与真核生物形成一个良好支持的分组。这表明，它们有一个共同的祖先。这部分研究相当复杂，我们显然会从更多的数据获益。这不是故事的结尾，而恰恰相反是故事的开始！”

但是，当以更详细的细节分析Asgard基因组时，研究人员发现了最大的惊奇。

乌普萨拉大学细胞和分子生物学系的研究人员Anja Spang说：“我们发现，Asgard archaea与真核生物共享许多基因，包括参与真核细胞结构形成、赋予真核生物细胞复杂特性的几个基因。因此，这种基因，迄今只发现在真核生物中，表明这些古菌不知何故准备变得复杂化。然而，这到底是如何发生的，目前还不是很明确。”

更详细地对Asgard archaea进行研究，是Thijs Ettema和他的研究小组的一个优先目标。目前的研究表明，这些细菌能够生存在更多的环境中，而不是像以前认为的在海底。这使得这个目标更容易实现。

Thijs Ettema总结道：“如果我们可以分离或培养Thijs Ettema细胞，并在显微镜下研究它们，这将是极好的。我相信，这将揭示关于复杂细胞进化的更多重要线索。最终我们会发现微生物的祖先。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文：
Katarzyna Zaremba-Niedzwiedzka et al, Asgard archaea illuminate the origin of eukaryotic cellular complexity, Nature (2017). DOI: 10.1038/nature21031